一种新型酵母细胞粘附变异的遗传解析及分子机制

Cell adhesion provides circuiting links of cells to form the cellular societies, and plays a pivotal role in physiological and pathological functions of the social modules. A dogma has been long held in the literature that the cell adhesion is largely determined by the FLO gene family in S. cerevisiae. Recently, our study has revealed that Amn1 is a novel determinant of cell adhesion, and is independent of the functional pathway of the FLO genes. To establish the molecular mechanism of Amn1 mediated cell adhesion, we proposed here to integrate the analytical powers of statistical genetics and the modern techniques of functional genomics such as expression profiling, chromatin immunoprecipitation, yeast two-hybrid etc. We proposed to create the genetic regulatory network that underlie the Amn1 centered cell adhesion and ultimately to illuminate the inter-species evolutional law in yeast. Accomplishment of this project will open a new window to explore and reveal the novel mechanisms of the adhesion glycoproteins on the cell surface and, in turn, to systematically understand how fungal pathogens infect and invade host cells. The study is highly relevant to improve the efficiency of prophylaxis and treatment in medicine and agriculture.

细胞粘附是细胞社会性的主要纽带，对生物体正常生理活动的实现及病理活动的演变起重要作用。科学界一直认为酿酒酵母粘附性主要由FLO基因家族决定，但我们最近的研究发现：Amn1可以触发一种完全独立于FLO基因的新型细胞粘附机制。为此，本项目拟整合统计遗传学、进化遗传学的理论分析与表达谱芯片、染色质免疫共沉淀、酵母双杂交等现代高通量实验分析技术，构建该新型细胞粘附行为的遗传调控网络，并阐明该粘附机制的种间进化规律。本项目的实施必将对细胞表面糖蛋白导致粘附的观点予以全新视角的探索研究，开拓和丰富对细胞粘附性的认知；并有助于系统了解病原真菌感染和侵袭宿主的生物过程，提高医学和农业的防治水平。

酿酒酵母细胞间的粘附（细胞凝集）可以由两种独立的机制所诱导：（1）细胞表面的絮凝蛋白（flocculin）；（2）细胞有丝分裂过程的不完全，即细胞有丝分裂后细胞不分离。本项目主要集中于探讨细胞有丝分裂后不分离所导致的细胞凝集的遗传学机制。细胞有丝分裂后分离是真核生物生活史中最重要的生命活动之一，但是对于其内在的控制该活动的分子机制却了解甚少。我们利用数量遗传学的遗传作图方法，以酵母细胞的成团表型（即细胞分裂后不分离）为实验模型，解析了YL1C 和YH1A这两个菌株间该表型变异的遗传结构；定位了4个控制细胞成团的数量性状位点，并对最主效QTL进行了进一步的剖析，最终成功识别了控制该性状的主效基因AMN1；通过定点突变和等位基因替换技术，进一步鉴定了V368D是Amn1蛋白中导致表型变异的突变位点。对于AMN1基因控制表型变异的原由，我们研究进一步发现：Amn1通过翻译后调控下调Ace2的蛋白水平，而Ace2是一系列细胞隔板分裂及细胞分离的必须基因的转录因子，进而导致细胞分离的不完全。其中值得强调的是，我们识别和鉴定了Amn1中包含一特定的亮氨酸富集区结构域，基此Amn1与Ace2结合，并介导Ace2的泛素化，进而下调Ace2下游靶基因的表达。此外，我们还证明Amn1调控的细胞分离表型在酿酒酵母种内或种外在进化上都是高度保守的，以及在酵母细胞内具有细胞型的依赖性。本项目的研究结果澄清了酵母菌株天然属于单细胞状态的误区；为多细胞的进化提供了一种机制性解释的模型。